光刻培训

2. 根据光刻胶能形成图形的最小光刻尺寸来分：传统光刻胶和化学放大 光刻胶。 传 统 光 刻 胶 。 适 用 于 I 线 （ 365nm ） 、 H 线 （ 405nm ） 和 G 线 （436nm），关键尺寸在0.35μm 及其以上。 化学放大光刻胶（ CAR ， Chemical Amplified Resist ）。适用于 深紫外线（DUV）波长的光刻胶，如KrF（248nm）和ArF（193nm）。
前烘（软烘）注意事项
掩膜板/光罩
1、掩膜板的分类： (1) 光掩膜板（ Photo Mask ）包含了整 个衬底片的芯片图形特征，进行 1 ： 1 图形复制。该掩膜板用于接近式光刻 和扫描对准投影机中; (2)投影掩膜板（Reticle）。只包含衬 底片上的一部分图形（例如四个芯 片），一般为缩小比例（一般为 4 ： 1）。需要步进重复来完成整个硅片的 图形复制。 投影掩膜板的优点：投影掩膜板的 特征尺寸较大（4×），掩膜板制造更 加容易；掩膜板上的缺陷会缩小转移 到硅片上，对图形复制的危害减小； 使曝光的均匀度提高。
光刻基本知识
6. 数值孔径（NA, Numerical Aperture）。透镜收集衍射光（聚光）的 能力。一般来说NA 大小为0.5－0.85。提高数值孔径的方法：提高介 质折射率n，采用水代替空气；增大透镜的半径； 7. 分辨率（Resolution）。区分临近最小尺寸图形的能力。提高分辨率 的方法：减小光源的波长、采用高分辨率的光刻胶、增大透镜半径、 采用高折射率的介质，即采用浸入式光刻技术、优化光学棱镜系统以 提高k（0.4-0.7）值（k 是标志工艺水平的参数）； 8. 焦深（DOF，Depth of Focus ）。表示焦点周围的范围，在该范围内 图像连续地保持清晰。焦深是焦点上面和下面的范围，焦深应该穿越 整个光刻胶层的上下表面，这样才能够保证光刻胶完全曝光。增大焦 深的方法：增大光源的波长、采用小的数值孔径、利用CMP 进行表面 平坦化。由于前两种方法会降低分辨率，而分辨率是芯片制造所努力 提升的重要参数，因此我们需要在看上去相互矛盾的两个方面做出某 种平衡。一般在保证基本的焦深要求下不降低分辨率，即以分辨率为 主。所以，现在一般采用CMP平坦化技术保证足够的焦深。
5. 粘附性（Adherence ）：表征光刻胶粘着于衬底的强度。光刻胶的粘 附性不足会导致硅片表面的图形变形。光刻胶的粘附性必须经受住后 续工艺（刻蚀、离子注入等）。 6. 抗蚀性（Anti-etching）。光刻胶必须保持它的粘附性，在后续的刻 蚀工序中保护衬底表面。耐热稳定性、抗刻蚀能力和抗离子轰击能力。 7. 表面张力（Surface Tension ）。液体中将表面分子拉向液体主体内 的分子间吸引力。光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有 良好的流动性和覆盖。 8. 存储和传送（Storage and Transmission）。能量（光和热）可以激 活光刻胶。应该存储在密闭、低温、不透光的盒中。同时必须规定光 刻胶的闲臵期限和存贮温度环境。一旦超过存储时间或较高的温度范 围，负胶会发生交联，正胶会发生感光延迟。
决定光刻胶涂胶厚度的关键参数：
光刻胶的黏度（Viscosity）：黏度越低，光刻胶的厚度越薄； 旋转速度，速度越快，厚度越薄；
影响光刻胶厚度均匀性的参数：
旋转加速度，加速越快越均匀；与旋转加速的时间点有关。
胶膜常见问题1
表面出现气泡
滴胶时滴管中有气泡
中心圆晕
托盘不合适
放射状条纹

光刻基本知识
4. 光的干涉：波的本质是正弦曲线，任何形式的正弦波只要
具有相同的频率就能相互干涉，即相长相消：相位相同， 彼此相长；相位不同，彼此相消。在曝光的过程中，反射 光与折射光往往会发生干涉，从而降低了图形特征复制的 分辨率。
5. 调制传输函数（MTF, Modulation Transfer Function ）。 用于定义明暗对比度的参数。即分辨掩膜板上明暗图形的 能 力 ， 与 光 线 的 衍 射 效 应 密 切 相 关 。 MTF=(ImaxImin)/(Imax+Imin) ，好的调制传输函数，就会得到更加 陡直的光刻胶显影图形，即有高的分辨率。临界调制传输 函数（CMTF,Critical Modulation Transfer Function）。 主要表征光刻胶本身曝光对比度的参数。即光刻胶分辨透 射光线明暗的能力。一般来说光路系统的调制传输函数必 须大于光刻胶的临界调制传输函数，即MTF>CMTF。
表面处理
晶圆容易吸附潮气到它的表面。光刻胶黏附要求要严 格的干燥表面，所以在涂胶之前要进行脱水烘焙和黏 附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通常在140度到200度之 间。有时还要用到黏附剂，黏附剂通常使用HMDS（六 甲基二硅胺脘）。表面处理的主要作用是提高光刻胶 与衬底之间的粘附力，使之在显影过程中光刻胶不会 被液态显影液渗透。
涂胶工艺标准配置
AZ 1500
手动涂胶（4英寸基片向下兼容，7000 rpm） 热板（250 C）
前烘（软烘）
目的是蒸发掉胶中的有机溶剂成分，使晶圆表面的胶固化 （除去溶剂 4-7% ，胶厚大约减少 25% ）；增强黏附性；释 放光刻胶膜内的应力；防止光刻胶玷污设备；。
AZ 1500 — 100 C，50 s
光刻机的光源：
光刻是光源发出的光通过掩膜板和透镜系统照射到光刻胶的特定 部分并使之曝光，以实现图形的复制和转移。波长越小、得到的图形 分辨率越高。曝光光源的另外一个重要参数就是光的强度。光强定义 为单位面积上的功率（mW/cm2），该光强应在光刻胶表面测量。光强 也可以被定义为能量：单位面积上的光亮或亮度。曝光能量（剂量） ＝曝光强度×曝光时间，单位：毫焦每平方厘米（mJ/cm2）。 常见光源有：汞灯和准分子激光。另外，在先进或某些特殊场合 也会用到其他曝光手段，如X 射线、电子束和粒子束等。 汞灯（Mercury Lamp）：波长处于240nm～500nm 之间的紫外辐 射光谱，在使用汞灯作光源时，需要利用一套滤波器去除不需要的波 长和红外波长。主要波长为： I 线（ 365nm ）、 H 线（ 405nm ）和 G 线 （436nm），关键尺寸在0.35μm及其以上。 准分子激光（Excimer Laser）：常见的准分子激光光源为248nm 的KrF（用于关键尺寸大于 0.13μm 的图形）和 193nm的ArF（用于关 键尺寸大于0.08μm 的图形）。
LED光刻版
2、掩膜板的制造： 掩膜板的基材一般为熔融石英（ quartz ），这种材料对深紫外光 （DUV，KrF-248nm，ArF-193nm）具有高的光学透射，而且具有非常低的 温度膨胀和低的内部缺陷。 掩膜板的掩蔽层一般为铬（Cr）。在基材上面溅射一层铬，铬层的 厚度一般为800-1000埃。
光刻工艺技术培训
微结构国家实验室微加工中心
二〇一二年三月
光刻培训流程
理论培训
上机培训 上机实习
目
录
光刻基本知识 基本工艺流程及常见问题
光刻基本知识
光刻是什么？
光刻的本质是把制作在掩膜版上 的图形复制到以后要进行刻蚀和离 子注入的衬底上。其原理与照相相 似，不同的是基片或衬底与光刻胶 代替了照相底片与感光涂层。 要得到良好的光刻图形，要求光 刻机具有高的分辨率、光刻胶具有 高的光学敏感性、准确地对准和低 的缺陷密度。
光刻胶的分类
1. 根据光刻胶按照如何响应紫外光的特性可以分为两类：负性光刻胶和 正性光刻胶。 负性光刻胶（Negative Photo Resist）：曝光区域发生交联，难 溶于显影液。特性：良好的粘附能力、良好的阻挡作用、感光速度快； 显影时发生变形和膨胀。所以只能用于2μm 的分辨率。 正性光刻胶（Positive Photo Resist）：曝光区域更加容易溶解 于显影液。特性：分辨率高、台阶覆盖好、对比度好；粘附性差、抗 刻蚀能力差。
胶液未涂满衬底

涂胶前静止时间过长 匀胶机转速或加速度 过高 基片或胶中有颗粒
滴胶量不足
匀胶加速度不合适
针孔

中心漩涡图案
旋涂时间过长
光刻胶里有小颗粒 或气泡 基片上有小颗粒
胶膜常见问题2
如衬底图形台面过高，要考虑 到在台面上的光刻胶要薄与实 际希望的匀胶厚度（这会影响 到后步工艺） 匀胶后在衬底边缘处会形成较 厚的边（这会影响到光刻的图 形精度）。可在涂胶过程中加 入去边及背喷工艺 光表面反射对图形的影响 ( 反 射切口效应)
光刻胶
光刻胶是一种有机化合物，受紫外曝光后，在显影溶 液中的溶解度会发生变化。晶片制造中所用的光刻胶通常 以液态涂在硅片表面，而后被干燥成胶膜。
光刻胶的物理特性参数：
1. 分辨率（resolution）。区别硅片表面相邻图形特征的能力。一般用 关键尺寸（CD，Critical Dimension）来衡量分辨率。形成的关键尺 寸越小，光刻胶的分辨率越好。 2. 对比度（Contrast）。指光刻胶从曝光区到非曝光区过渡的陡度。对 比度越好，形成图形的侧壁越陡峭，分辨率越好。 3. 敏感度（Sensitivity ）。光刻胶上产生一个良好的图形所需一定波 长光的最小能量值（或最小曝光量）。单位：毫焦/平方厘米或 mJ/cm2 。光刻胶的敏感性对于波长更短的深紫外光（ DUV ）、极深紫 外光（EUV）等尤为重要。 4. 粘滞性/黏度（Viscosity）。衡量光刻胶流动特性的参数。粘滞性随 着光刻胶中的溶剂的减少而增加；高的粘滞性会产生厚的光刻胶；越 小 的 粘 滞 性 ， 就 有 越 均 匀 的 光 刻 胶 厚 度 。 光 刻 胶 的 比 重 （ SG ， Specific Gravity）是衡量光刻胶的密度的指标。它与光刻胶中的固 体含量有关。较大的比重意味着光刻胶中含有更多的固体，粘滞性更 高、流动性更差。粘度的单位：泊（ poise ），光刻胶一般用厘泊 （cps，厘泊为1%泊）来度量。